基因組的結構和功能分子生物學

基因組的結構和功能分子生物學基因組的結構和功能分子生物學第1頁

基因組(genome）：細胞或生物體中，一套完整單倍體所含有全部遺傳物質。

ThegenomeisalltheDNAinacell.

AlltheDNAonallthechromosomes

Eukaryotescanhave2-3genomes

Nucleargenome

Mitochondrialgenome

Plastidgenome

Ifnotspecified,“genome”usuallyreferstothenucleargenome基因組的結構和功能分子生物學第2頁基因組的結構和功能分子生物學第3頁基因組的結構和功能分子生物學第4頁不一樣生物體，其基因組大小和復雜程度各不相同進化程度越高生物其基因組越復雜基因組的結構和功能分子生物學第5頁基因組結構：基因組形態(tài)

不一樣基因功效區(qū)域在核酸分子中分布和排列情況病毒基因組：DNA，RNA,環(huán)狀或鏈狀原核生物基因組：環(huán)狀DNA真核生物基因組：核基因組--鏈狀DNA

線粒體基因組—環(huán)狀DNA基因組的結構和功能分子生物學第6頁HIV-1genomeRNA10000(104)baseslong病毒基因組大小差異較大，能夠是DNA,也能夠是RNA基因組的結構和功能分子生物學第7頁HBV基因組Thegenomeis3020–3320nucleotideslong(forthefull-lengthstrand)and1700–2800nucleotideslong(fortheshortlength-strand).DNA

（Acircular,double-strandedDNAcontainingsingle-strandbreaks）基因組的結構和功能分子生物學第8頁基因組功效：

貯存和表示遺傳信息基因組的結構和功能分子生物學第9頁第一節(jié)人類基因組結構與功效基因組的結構和功能分子生物學第10頁真核生物基因組特點：結構復雜基因數(shù)龐大含有許多復制起點含有大量重復次序與非編碼次序編碼蛋白質序列約占2%～3%。基因組的結構和功能分子生物學第11頁

人類基因組(HumanGenome)包含細胞核染色體DNA（22條常染色體、2條性染色體)及線粒體DNA所攜帶全部遺傳物質?；蚪M的結構和功能分子生物學第12頁人核基因組人線粒體基因組16,569basepairs(bp)inlength

基因組的結構和功能分子生物學第13頁基因組的結構和功能分子生物學第14頁

人類基因組DNA序列約30億堿基對，含約3萬個基因一、人類基因組中只有不到三萬個基因基因組的結構和功能分子生物學第15頁基因組的結構和功能分子生物學第16頁基因組的結構和功能分子生物學第17頁二、人類基因組中存在大量重復序列

真核細胞基因組中存在大量重復序列。依據(jù)重復序列特點，分為：高度重復序列中度重復序列單拷貝序列低度重復序列基因組的結構和功能分子生物學第18頁（一）高度重復序列：重復頻度大于106次。依據(jù)結構特點分為：反向重復序列衛(wèi)星DNA基因組的結構和功能分子生物學第19頁1、反向重復序列（invertedrepeats)

兩個相同次序互補拷貝在同一DNA鏈上反向排列形成重復序列，重復單位長度約為300bp，呈散在分布，兩個重復單元之間間隔約1.6kbp。兩個互補拷貝能夠形成鏈內堿基互補配對，形成十字狀結構。假如兩個互補序列之間沒有間隔，而是串聯(lián)，稱為回文結構（palindrome）基因組的結構和功能分子生物學第20頁反向重復序列基因組的結構和功能分子生物學第21頁2、衛(wèi)星DNA大衛(wèi)星DNA（macro-satelliteDNA)小衛(wèi)星DNA（mini-satelliteDNA)微衛(wèi)星DNA（micro-satelliteDNA)基因組的結構和功能分子生物學第22頁衛(wèi)星DNA(satelliteDNA）重復單元序列為5～171bp，呈串連排列，重復序列長度可為100kbp～幾個Mb。主要分布在著絲粒和端粒。5’……AGGGTTCTTAAGTGTCAGGGTTCTTAAGTGTC…….3’3’……TCCCAAGAATTCACACTCCCAAGAATTCACAC…….5’重復單位為AGGGTTCTTAAGTGTC，表示為(AGGGTTCTTAAGTGTC)n染色體DNA重復序列基因組的結構和功能分子生物學第23頁

微衛(wèi)星DNA：是由短重復單元序列串聯(lián)組成重復序列，重復單元普通為1～6bp，重復次數(shù)10~60次左右，重復序列長度普通小于150bp。如（AC）n(TG)n

（CGG）n基因組的結構和功能分子生物學第24頁高度重復序列功效（1）參加復制調整（2）參加基因表示調控（3）參加染色體配對基因組的結構和功能分子生物學第25頁微衛(wèi)星DNA與疾病關系Huntington病脆性X染色體綜合癥基因組的結構和功能分子生物學第26頁基因組的結構和功能分子生物學第27頁Huntingtondisease基因組的結構和功能分子生物學第28頁theFragileXMentalRetardation1Gene(FMR1)trinucleotiderepetitivesequence(CGG)expansionFragilesyndrome基因組的結構和功能分子生物學第29頁manyCGGtandemrepeatsinthe5’UTRNormalindividualshave5to50CGGrepeatsFXScarriershave53-200repeats(premutation)Premutationdoesnotcausementalretardation,butthereisahighriskwhenitispassedtothenextgenerationthroughafemaleAffectedindividualshavemorethan230repeats(fullmutation)Inthefullmutation,theFMR1geneis“shutoff”andpreventstheproductionoftheFMR1protein,whichisconsideredimportantforbraindevelopmentGirlsareonlycarriersofthedisorder,sotheyshowlesssevereeffects基因組的結構和功能分子生物學第30頁基因組的結構和功能分子生物學第31頁基因組的結構和功能分子生物學第32頁（二）中度重復序列中度重復序列是指重復單元重復次數(shù)在數(shù)十至數(shù)萬次（<105）DNA序列，散在分布在基因組中。分為兩種類型：短分散重復序列和長分散重復序列。（1）短分散重復序列（shortinterspersedrepeatedsegments,SINES)

重復單元平均長度為300~500bp，拷貝數(shù)可達10萬左右。包含Alu家族、Hinf家族。（2）長分散重復序列（longinterspersedrepeatedsegments,LINES)

重復單元平均長度為3500~5000bp。基因組的結構和功能分子生物學第33頁Alu家族（也稱為Alu重復序列）是一個短散在分布重復序列，重復單元長度為300bp，因其含有一個AluI內切酶位點而命名為Alu重復序列，是靈長類動物基因組特有序列，平均每5kb就出現(xiàn)一個Alu序列

。在人類基因組中約占3～6%。

Alu序列在170位堿基附近有限制性內切酶Alu酶切位點序列AGCT染色體5’……..AGCT…….3’3’……..TCGA…….5’:Alu重復序列AluI酶切位點170bp130bpAlu重復序列主要組成基因組間隔序列和內含子序列。與基因表示調控相關?；蚪M的結構和功能分子生物學第34頁rRNA基因也屬于中度重復序列，各種rRNA基因串連成簇。

真核生物5.8s、18s、28srRNA基因序列在同一轉錄單位中，三個基因間有短被轉錄間隔區(qū)將它們分開，形成一個約7500bp轉錄單位。45SrRNA前體45SrRNA前體rRNA基因18S5.8S28S不轉錄間隔區(qū)基因組的結構和功能分子生物學第35頁（三）單拷貝序列（singlecopysequence，uniquesequence）在基因組中只出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次序列。多數(shù)編碼蛋白質基因均為單拷貝序列。基因組的結構和功能分子生物學第36頁三、多基因家族和假基因1、多基因家族

在真核生物中，一些起源于同一祖先基因、結構相同、功效相關一組基因。分為兩類：一類是基因家族位于同一條染色體上，如組蛋白基因家族基因均分布在7號染色體；另一類是基因家族不一樣組員分布在不一樣染色體上，如人珠蛋白基因家族，珠蛋白基因分布在第16號染色體，珠蛋白基因家族分布在第11號染色體?；蚪M的結構和功能分子生物學第37頁

珠蛋白基因簇

珠蛋白基因簇:基因組的結構和功能分子生物學第38頁2、假基因（pseudogene)

在多基因家族中，DNA序列與正?；蚪Y構相同，但不能產生有功效基因產物基因稱為假基因?；蚪M的結構和功能分子生物學第39頁第二節(jié)原核生物基因組結構與功效一、原核生物染色體結構與功效（一）原核生物染色體DNA基礎結構

由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成，在細胞中與蛋白質結合存在，高度折疊，盤繞聚集在一起形成類核?；蚪M的結構和功能分子生物學第40頁（二）原核生物染色體基因組中結構基因結構與功效特征1、結構基因序列是連續(xù)排列，無內含子，轉錄后不需要剪接。2、結構基因之間編碼序列無重合現(xiàn)象。4、結構基因多為單拷貝，但編碼rRNA基因通常是多拷貝。3、基因組中重復序列少。5、結構基因在基因組中所占百分比約為50%，大于真核基因組，但小于病毒基因組。6、只有一個復制起始點7、含有操縱子結構基因組的結構和功能分子生物學第41頁（三）原核生物染色體基因組中結構基因與調控序列組織形式

功效上相關幾個結構基因往往串聯(lián)排列在一起，與上游調控序列組成操縱子，結構基因表示受上游調控序列調控。基因組的結構和功能分子生物學第42頁阻遏物基因：編碼阻遏蛋白開啟子：RNA聚合酶結合區(qū)操縱基因：阻遏物結合區(qū)OP結構基因2結構基因1結構基因3基因組的結構和功能分子生物學第43頁二、原核生物中質粒DNA（一）質粒基礎特征

質粒是存在于細菌內染色體外環(huán)狀DNA分子，能在宿主細胞中進行自我復制，并能在細胞分裂時傳給子代。其DNA長度約為1.5~15kb?；蚪M的結構和功能分子生物學第44頁質粒結構與功效特點●

能夠獨立于細胞染色質DNA而進行復制●

對宿主細胞生存不是必需●

能賦予細菌特定遺傳性狀基因組的結構和功能分子生物學第45頁

質粒只有在宿主細胞內才能夠自我復制，其攜帶遺傳信息會賦予宿主細胞一些特定遺傳性狀。如耐藥性等基因組的結構和功能分子生物學第46頁第三節(jié)

病毒基因組結構與功效基因組的結構和功能分子生物學第47頁一、病毒基因組結構特點DNA病毒或RNA病毒基因組較小不到大腸桿菌基因組大小十分之一能夠是DNA，也能夠是RNA能夠是單鏈結構，也能夠是雙鏈結構能夠是閉環(huán)分子，也能夠是線性分子基因重合:

同一DNA片段能夠是2種甚至3種蛋白質分子個別編碼區(qū),重合編碼機制提升了病毒基因組編碼能力

無自主復制酶類基因組的結構和功能分子生物學第48頁多順反子mRNA

功效相關基因或rRNA基因，能夠形成1個轉錄單元?？杀灰黄疝D錄成